DE1125307B

DE1125307B - Reversing device for gas turbines, especially for ship propulsion

Info

Publication number: DE1125307B
Application number: DEM41233A
Authority: DE
Inventors: James Forrest Shannon; James Fulton
Original assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Current assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Priority date: 1958-04-23
Filing date: 1959-04-21
Publication date: 1962-03-08

Description

Umsteuervorrichtung für Gasturbinen, insbesondere für Schiffsantriebe Die Erfindung betrifft Turbinenumsteuervorrichtungen für Gasturbinen mit Untersetzungsgetriebe und diesem vorgeschalteten Stirnradwendegetriebe, wie sie hauptsächlich für Schiffsantriebe Verwendung finden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Umsteuervorrichtung, bei der über einen Umsteuerhebel jede Drehrichtung über eine ihr zugehörige Kupplung schaltbar und das Drosselventil der Turbine während des Umsteuerns schließbar ist.Reversing device for gas turbines, in particular for ship propulsion systems The invention relates to turbine reversing devices for gas turbines with reduction gears and this upstream spur gear, as they are mainly used for ship propulsion Find use. In particular, the invention relates to a reversing device, in the case of a reversing lever, each direction of rotation via an associated clutch switchable and the throttle valve of the turbine can be closed during the reversal.

Es ist bereits bekannt, bei Schiffsmaschinenanlagen auf die Wellenleitungen wirkende Bremsen zum schnellen Stillsetzen umlaufender Massen vorzusehen, um eine schnelle Umsteuerung der Antriebsanlage zu erzielen. Des weiteren ist es bei radial beaufschlagten Dampfturbinen bekannt, einen Läufer der Turbine durch eine Bremse festzuhalten, welche auf einer im Zahnradeingriff mit der Läuferwelle stehenden Welle angeordnet ist.It is already known to use the wave lines in marine machinery Provide effective brakes for quickly stopping rotating masses in order to achieve a to achieve rapid reversal of the drive system. Furthermore, it is at radial acted upon steam turbines known, a rotor of the turbine by a brake to record which standing on a gear meshing with the rotor shaft Shaft is arranged.

Gemäß der Erfindung ist die gesamte Anlage durch den Umsteuerhebel zu Beginn jeder Umsteuerung mit Hilfe einer an sich bekannten Bremse auf der Antriebswelle (»Wellenbremse«) stillsetzbar und die Gasturbine durch eine Haltebremse während des Aus- und Einkuppelns festsetzbar (bzw. umgekehrt beim Wiederanlassen); ferner wird die eigentliche Umsteuerbewegung des Umsteuerhebels, nämlich die Bedienung der Kupplungen, durch eine auf der Abtriebswelle angebrachte, auf Drehzahl ansprechende Vorrichtung verhindert, solange die Anlage nicht stillsteht.According to the invention, the entire system is through the reversing lever at the beginning of each reversal with the help of a known brake on the drive shaft (»Shaft brake«) can be stopped and the gas turbine by a holding brake during the disengagement and engagement can be fixed (or vice versa when restarting); further becomes the actual reversing movement of the reversing lever, namely the operation of the clutches, by means of a speed-responsive one attached to the output shaft Device prevents as long as the system does not come to a standstill.

Unter anderem weist die Erfindung den Vorteil auf, daß eine Einrichtung zur Steuerung der Schiffsbewegung durch einen einzigen Betätigungshebel sehr einfach auszuführen ist, daß die Einrichtung platzsparend ist und das Gesamtgewicht bei niedrigen Ausgangskosten und die laufenden Unterhaltungskosten gering gehalten werden können.Among other things, the invention has the advantage that a device very easy to control the ship's movement with a single operating lever is to be carried out that the device is space-saving and the total weight at low initial costs and ongoing maintenance costs are kept low can.

Wenn die Gaszufuhr zur Turbine nicht vollständig abgesperrt werden kann, wird eine ganz geringe Weiterdrehung der Turbine relativ zur angehaltenen Antriebswelle eintreten, so daß die Kupplung außer Eingriff bleibt. In diesen Fällen ist es vorteilhaft, eine Hilfs- bzw. Haltebremse auf der Welle der Turbine anzuordnen, um durch Rückwärtsdrehen dieser Hilfsbremse die noch vorhandene Relativdrehung zur Schiffsantriebswelle aufzuheben und ein leichtes Herausziehen der eingerückten Kupplung zu ermöglichen. Diese Hilfsbremse kann auch die Turbine festhalten, wenn die zwei Kupplungen sich in einer »neutralen« Lage befinden.If the gas supply to the turbine cannot be completely shut off can, a very slight further rotation of the turbine relative to the stopped Enter drive shaft so that the clutch remains disengaged. In these cases it is advantageous to arrange an auxiliary or holding brake on the shaft of the turbine, to by turning this auxiliary brake backwards the still existing relative rotation to Pick up the ship's drive shaft and gently pull out the engaged clutch to enable. This auxiliary brake can also hold the turbine in place when the two Couplings are in a "neutral" position.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel nach der Erfindung sind die zwei Ritzel, welche durch die Kupplungen zu- und abschaltbar sind, auf Hohlwellen befestigt, die frei drehbar auf den Kupplungswellen, die mit den Wellen der Zahnräder für die Drehzahlumkehrung verbunden sind, laufen und die ein Kupplungsglied besitzen, mit dem jeweils eine von ihnen mit ihrer Kupplungswelle verbindbar ist, wobei das entsprechende Kupplungsglied auf der zugehörigen Kupplungswelle axial, d. h. relativ zu den auf den Hohlwellen festen Kupplungsgliedern, verschiebbar ist.In a special embodiment of the invention are two pinions, which can be switched on and off by the clutches, on hollow shafts attached, freely rotatable on the coupling shafts, which are connected to the shafts of the gears are connected for the speed reversal, run and which have a coupling member, with which one of them can be connected to its coupling shaft, the corresponding coupling member axially on the associated coupling shaft, d. H. relative to the coupling members fixed on the hollow shafts, is displaceable.

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken besitzen die Kupplungen je zwei besonderer, auf den Kupplungswellen axial verschiebbare, gezahnte Glieder, die in und außer Eingriff mit den entsprechenden Zähnen der zugehörigen, in axialer Richtung nicht beweglichen, auf der Hohlwelle festen Glieder gebracht werden, bei denen abwechselnd Zähne weggelassen sind, und die so um einen Zahnabstand gegeneinander winkelversetzt sind, daß bei axialer Blickrichtung die Zähne der einen solchen Glieder zwischen den Zähnen der anderen Glieder liegen.According to a further concept of the invention, the clutches each have two special toothed links that can be moved axially on the coupling shafts, which are in and out of engagement with the corresponding teeth of the associated, in axial Direction of non-movable links fixed on the hollow shaft are brought at which alternately teeth are omitted, and so by one tooth spacing from one another are angularly offset that when looking axially the teeth of such a link lie between the teeth of the other limbs.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen stellt Fig. 1 einen Grundriß, Fig. 2 eine Seitenansicht nach der Linie A -A aus Fig. 1 einer Zahnradanordnung für Schiffsantriebe dar. In den Zeichnungen sind die beiden Elemente für Rückwärtsfahrt und einen linksläufigen Antrieb dargestellt. Die Drehrichtung der Wellen und Räder für Vorwärtsfahrt ist durch voll ausgezogene Pfeile dargestellt; die gestrichelten Pfeile zeigen diese Elemente für die Rückwärtsfahrt.The invention is described in more detail below with reference to the drawings. In the drawings, Fig. 1 shows a plan view, Fig. 2 shows a side view along the line A-A from Fig. 1 of a gear arrangement for ship propulsion. In the drawings, the two elements for reverse travel and a left-hand drive are shown. The direction of rotation of the shafts and wheels for forward travel is shown by solid arrows; the dashed arrows show these elements for reversing.

Eine Gasturbine 1 ist mit einem Zahnrad 2; das mit einem Zahnrad 3 mit gleichem Durchmesser im Eingriff steht und somit entgegengesetzten Drehsinn hat, verbunden. Die Räder 2, 3 sind mit Wellen 4, 4 verbunden, die durch Hohlwellen 5, 5 hindurchgreifen, welche Ritzel 6, 7 tragen, die beide mit einem dazwischenliegenden Zahnrad 8 im Eingriff stehen. Die Ritzel 6, 7 sind auf den Wellen 4 frei drehbar. Das Zahnrad 8 ist mit einem Hauptritzel 9 verbunden, das in ein langsam umlaufendes Rad 10 eingreift. Dieses Rad 10 ist auf der Abtriebswelle 11 angebracht.A gas turbine 1 is provided with a gear 2; the one with a gear 3 is in engagement with the same diameter and thus opposite direction of rotation has connected. The wheels 2, 3 are connected to shafts 4, 4 by hollow shafts 5, 5 reach through, which carry pinions 6, 7, both with an intermediate Gear 8 are in engagement. The pinions 6, 7 are freely rotatable on the shafts 4. The gear 8 is connected to a main pinion 9, which is in a slowly rotating Wheel 10 engages. This wheel 10 is attached to the output shaft 11.

Die der Turbine abgewandten Enden der Wellen 4, 4 sind mit den antreibenden Gliedern der Kupplungen 12, 13 verbunden, die getriebenen Glieder mit den Hohlwellen 5, 5. Diese Kupplungen sind Direktkupplungen aus zwei getrennten, gezahnten Gliedern, die in axialer Richtung in geraden Keilnuten in oder außer Eingriff mit Zähnen eines axial unverschiebbaren weiteren, auf der Hohlwelle festen Gliedes gleiten. Bei den zwei verschiebbaren Gliedern sind abwechselnd Zähne ausgelassen, und sie sind um einen Zahnabstand gegeneinander winkelversetzt, so daß, in axialer Richtung gesehen, die Zähne des einen Gliedes zwischen den Zähnen des anderen Gliedes liegen. Bei dem unverschiebbaren Glied sind ebenfalls abwechselnd Zähne fortgelassen, wodurch gewährleistet ist, daß das eine oder andere Glied der verschiebbaren Glieder in jede beliebige Stellung des unverschiebbaren Gliedes eingreifen kann. Wenn eines der verschiebbaren Glieder bei der Drehung mitgenommen wird, kommen seine Zähne mit denen des unverschiebbaren Gliedes in Berührung, und das andere verschiebbare Glied kann dann in Eingriff , kommen, so daß die Verbindung nur ein geringes oder gar kein Spiel besitzt.The ends of the shafts 4, 4 facing away from the turbine are connected to the driving Links of the clutches 12, 13 connected, the driven links with the hollow shafts 5, 5. These couplings are direct couplings made up of two separate, toothed links, which in the axial direction in straight splines in or out of engagement with teeth of a axially non-displaceable further, fixed on the hollow shaft member slide. Both two sliding links are alternately omitted teeth, and they are around a tooth spacing offset from one another at an angle so that, seen in the axial direction, the teeth of one member are between the teeth of the other member. at teeth are also alternately omitted from the immovable member, whereby it is ensured that one or the other link of the sliding links in any position of the immovable member can intervene. If one the slidable member is entrained in the rotation, its teeth come with those of the immovable member in contact, and the other displaceable Link can then come into engagement, so that the connection is only slightly or has no game at all.

Die Kupplungen 12, 13 sind so miteinander verbunden, daß jeweils nur eine von ihnen betätigt werden kann. Zur Betätigung der Kupplungen ist eine Vorrichtung vorgesehen, die einen Handhebel 15 enthält, der zwischen der Stellung »vorwärts«, der Stellung »Stopp« und der Stellung »rückwärts« beweglich ist. Der Hebel steht über das schematisch durch die gestrichelte Linie 17 dargestellte Gestänge mit einer Scheibenbremse 14 in Verbindung, durch welche die Abtriebswelle 11 angehalten und stillgesetzt werden kann. Diese Wellenbremse 14 kann an irgendeiner Stelle der Abtriebswelle sitzen und ist so bemessen, daß sie die Energie des rotierenden Systems aufnehmen kann. Entsprechend der Größe der erforderlichen Bremsenergie können auch mehrere Bremsvorrichtungen verwendet werden. Die die Kupplung betätigende Vorrichtung ist ferner mit einer auf Drehzahl ansprechenden Vorrichtung 16 bekannter Ausführung verbunden, die eine Bedienung der Kupplung vor dem Stillstand der Abtriebswelle 11 verhindert. Ein Drosselventil 18 für die Gaszufuhr zur Turbine wird ebenfalls über den Hebel 15 durch ein Gestänge 19 gesteuert. Dieses steuert außerdem noch eine Hilfsbremseinrichtung 20 auf der Turbinenwelle.The couplings 12, 13 are connected to one another so that only one of them can be operated. There is a device to operate the clutches provided, which contains a hand lever 15, which is between the position "forward", the position »stop« and the position »backwards« can be moved. The lever is up on the linkage shown schematically by the dashed line 17 with a Disc brake 14 in connection, through which the output shaft 11 is stopped and can be shut down. This shaft brake 14 can be at any point on the output shaft sit and is dimensioned so that they absorb the energy of the rotating system can. Depending on the amount of braking energy required, several Braking devices are used. The clutch actuating device is furthermore with a speed-responsive device 16 of known design connected that an operation of the clutch before the standstill of the output shaft 11 prevented. A throttle valve 18 for supplying gas to the turbine is also used controlled by a linkage 19 via the lever 15. This also controls an auxiliary braking device 20 on the turbine shaft.

Da die Zahnräder 2, 3 dauernd in Eingriff sind, rotieren sie in entgegengesetzter Richtung. Die Ritzel 6 oder 7 können durch Betätigung der beiden Kupplungen 12 oder 13 das Zahnrad 8 in Drehung versetzen und damit die Abtriebswelle in der gewünschten Richtung drehen.Since the gears 2, 3 are constantly in mesh, they rotate in opposite directions Direction. The pinion 6 or 7 can by actuating the two clutches 12 or 13 set the gear 8 in rotation and thus the output shaft in the desired Turn direction.

Wenn im Betrieb das Schiff in den mit Rad 3 und Ritzel7 im Leerlauf gezeigten Stellungen rückwärts fährt und eine Bewegungsumkehr, also Vorwärtsfahrt, gewünscht wird, so wird der Betätigungshebel 15 von der Stellung »rückwärts« in die Stellung »vorwärts« umgelegt. Dies geschieht in einer Reihe von Betätigungsvorgängen wie folgt: 1. Der Gasgenerator wird auf Leerlauf eingestellt, und das Drosselventil 18 wird geschlossen, so daß die Gasturbine 1 nicht mehr beaufschlagt wird.If, during operation, the ship reverses in the positions shown with wheel 3 and pinion 7 in idle and a reversal of movement, i.e. forward travel, is desired, the operating lever 15 is switched from the "reverse" position to the "forward" position. This takes place in a series of actuation processes as follows: 1. The gas generator is set to idle and the throttle valve 18 is closed so that the gas turbine 1 is no longer acted upon.

2. Die Bremse 14 bringt die Abtriebswelle 11 und somit die Turbine 1 zum Stillstand. Die Hilfs-bzw. Haltebremse 20 tritt in Tätigkeit, wenn alle Wellen stillstehen.2. The brake 14 brings the output shaft 11 and thus the turbine 1 to a standstill. The auxiliary or. Holding brake 20 comes into action when all waves stand still.

3, Wenn der Antrieb völlig stillsteht, ermöglicht die auf Drehzahl ansprechende Vorrichtung 16, daß die Rückwärtskupplung 12 außer Eingriff gebracht werden kann und die Vorwärtskupplung 13 eingeschaltet wird. Die Hilfsbremse 20 ist dann gelöst.3, When the drive has come to a complete standstill, the speed enables responsive device 16 that the reverse clutch 12 is disengaged can be and the forward clutch 13 is switched on. The auxiliary brake 20 is then resolved.

4. Hiernach wird die Bremse 14 auf der Abtriebswelle 11 gelöst, so daß die Abtriebswelle sich frei drehen kann.4. The brake 14 is then released on the output shaft 11, see above that the output shaft can rotate freely.

5. Die Drosselung des Gasgenerators wird aufgehoben, und das Drosselventil 18 wird geöffnet und somit der Gasturbine, die in der Stellung »vorwärts« über Kupplung 13 und Ritzel 7 antreibt, Energie zugeführt; hierbei läuft das Ritzel6 jetzt leer.5. The throttling of the gas generator is canceled and the throttle valve 18 is opened and energy is thus supplied to the gas turbine, which drives in the "forward" position via clutch 13 and pinion 7; here the pinion 6 now runs idle.

Bei der Umkehr der Drehrichtung bleibt der Ablauf der Betätigungsvorgänge derselbe. Lediglich in Punkt 3 wird die Vorwärtskupplung 13 außer Eingriff gebracht und die Rückwärtskupplung12 eingeschaltet.When the direction of rotation is reversed, the sequence of actuation processes remains same. Only in point 3 is the forward clutch 13 disengaged and the reverse clutch 12 switched on.

Wie bereits erwähnt, ist die Anwendung des Erfindungsgegenstandes nicht auf Schiffsantriebe beschränkt. Es kann in der Konstruktion auch von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abgewichen werden, z. B. ist es nicht erforderlich, daß die Bremse 14 eine Scheibenbremse ist.As already mentioned, is the application of the subject matter of the invention not limited to marine propulsion. It can also differ in design from the one described Embodiment are deviated, z. B. it is not necessary that the Brake 14 is a disc brake.

Die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung gestattet es, die Zahl der im Vorwärtslauf leer laufenden Teile zu vermindern. Der Vorwärtslauf erfolgt durch die Zahnräder 2 und 3 und durch das Ritzel 7, so daß lediglich das Ritzel 6 leer mitläuft. Dies ist deshalb wesentlich, weil bei Schiffsantrieben fast ausschließlich Vorwärtslauf in Frage kommt.The device shown in the drawing allows the number to reduce the number of parts running idle in the forward direction. The forward run takes place through the gears 2 and 3 and through the pinion 7, so that only the pinion 6 runs along empty. This is essential because it is almost exclusively used in ship propulsion Forward running comes into question.

Die angegebene Turbinen- und Getriebeanlage kann bei einer Doppelschraubenanordnung verwendet werden, wobei die entgegengesetzte Drehrichtung des Antriebes durch Wechsel der Kupplung erreicht werden kann.The specified turbine and transmission system can be used with a double screw arrangement used, the opposite direction of rotation of the drive by changing the clutch can be achieved.

Man kann auch eine Stellung »Stopp« für den Hebel 15 vorsehen, in der beide Kupplungen außer Eingriff sind. Dann kann Turbine 1 durch eine besondere Drehvorrichtung in bekannter Weise in Drehung versetzt werden, um eine gleichmäßige Läufertemperatur zu gewährleisten, ohne daß das Getriebe usw. mit umläuft.A “stop” position can also be provided for lever 15 in which both clutches are disengaged. Turbine 1 can then be set in rotation in a known manner by means of a special rotating device in order to ensure a uniform rotor temperature without the gear unit, etc., also rotating.

Die Haltebremse auf der Turbinenwelle ermöglicht es, daß während des Durchlaufens durch die neutrale Stellung beim Übergang von der einen in die andere Bewegungsrichtung das Zahnradvorgelege nicht durch die Turbine angetrieben wird.The holding brake on the turbine shaft enables that during the Passing through the neutral position when transitioning from one to the other Direction of movement the gear reduction is not driven by the turbine.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Reversing device for a gas turbine with reduction gear and this upstream spur gear, especially for ship propulsion, each direction of rotation via a coupling associated with it by means of a reversing lever switchable and the throttle valve of the turbine can be closed during reversal, characterized in that by the reversing lever (15) at the beginning of each reversal the entire system by a known brake (14) on the output shaft (11) can be shut down and then during disengagement and engagement the gas turbine (1) can be locked by a holding brake (20) (or vice versa when restarting), and that the actual reversing movement of the reversing lever (15), namely the operation of the clutches (12 and 13), by a mounted on the output shaft (11) Speed responsive device (16) is prevented as long as the system is not stands still.

2. Reversing device according to claim 1, characterized in that two pinions (6, 7) which can be switched on and off by the clutches (12, 13), are mounted on hollow shafts (5) which are freely rotatable on coupling shafts (4, 4); which are connected to the shafts of the gears (2, 3) for the speed reversal, run and who have a coupling member with each one of them with their Coupling shaft (4) can be connected, the corresponding coupling member on the associated coupling shaft axially, d. H. relative to those fixed on the hollow shafts Coupling members, is displaceable.

3. reversing device according to claim 2, characterized in that the couplings (12, 13) each have two special ones on the coupling shafts (4) have axially slidable toothed members that engage and disengage the corresponding teeth of the associated, axially immovable, be placed on the hollow shaft (5) fixed link, in which teeth alternate are omitted and that are angularly offset from one another by one tooth spacing, that when looking axially the teeth of such a member between the teeth of the other link. Publications considered: German Patent Specifications No. 356 570, 756 882.